一种镁渣、粉煤灰基充填膏体配制过程中氨释放的测定方法与装置与流程

1.本发明属于煤炭开采技术领域，特别涉及一种镁渣、粉煤灰基充填膏体配制过程中氨释放的测定方法与装置。


背景技术：

2.粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，由煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰和锅炉底渣两部分组成，二者排放质量比约为3:1。随着燃煤锅炉废气排放标准的不断提高，在采用选择性催化还原法(scr)和选择性非催化还原法(sncr)对锅炉烟气进行脱硝过程中需要向烟气中喷还原剂(液氨或尿素)，为保障脱硝效果往往会投加过量的还原剂。使得未反应的氨气与烟气中so3发生化学反应，生成铵盐(nh4hso4和(nh4)2so4)残留在粉煤灰中。
3.粉煤灰作为燃煤发电厂的副产物，现阶段其主要的利用途径是用于生产建筑材料，如作为添加剂制作混凝土，但由于其距离市场过远、运费高昂，建筑行业饱和，限制了其用作建筑材料原料的处置途径。目前常见的处置方式是就地进行填埋。但消纳能力有限，还是有大量粉煤灰无法进行安全处置。而将粉煤灰等固体废物用做煤炭充填开采过程的原材料，经过一定的配比混合制作成膏体充填至采空区，不仅能效解决“三下”(建筑物下、铁路下、水体下)压煤问题、实现了采充平行作业，完成地面沉降控制，达到绿色开采的目标；同时，还可解决电厂灰渣存储的技术难题，减少粉煤灰对地面环境的污染，也具有防止煤炭自燃的效果。
4.随着研究不断深入，在一些工程中发现脱硝粉煤灰问题频出，最突出的是由于粉煤灰中的铵盐在水泥水化的碱性环境中反应产生氨气，且在搅拌过程中释放的更多，严重时可能会引起操作人员头晕、呕吐等身体不适，脱硝粉煤灰在应用中出现的这个新问题，已成为水泥混凝土专业近两年的研究热点。而粉煤灰作为矿山充填主要材料，其用量远大于混凝土中粉煤灰用量，脱硝粉煤灰中的残留氨由于水化反应而释出氨气，且在井下这种较为密闭的空间逸散，将严重影响作业人员身体健康和工业设备使用安全。
5.因此，解决粉煤灰充填膏体氨气释放的不利影响对实现粉煤灰膏体的井下充填能够安全开展具有重要意义，而掌握氨气释放规律则是解决上述问题的基础。
6.目前，并没有在搅拌过程中收集测定氨气释放量的装置，且现有的氨气收集装置结构组成太过繁琐，需要进行多部分的氨气收集及测定。因此，针对已有氨气释放收集装置研究中的薄弱环节，急需简便易操作的测定处于搅拌过程中的膏体氨气释放量，探明粉煤灰膏体的氨气释放规律，基于氨气释放规律寻找减控措施，紧靠绿色安全开采理念，这是至关重要的。


技术实现要素：

7.为了解决上述充填膏体释放氨气的收集测定问题，本发明的目的在于提供一种镁渣、粉煤灰基充填膏体配制过程中氨释放的测定方法与装置，旨在让充填膏体处于被搅拌
的状态，并收集测定充填膏体逸散的氨，研究分析大比例镁渣、粉煤灰基充填膏体释放氨的规律，为指导解决大比例镁渣、粉煤灰基充填膏体在煤矿高效开采应用过程中的环境问题提供基础依据。
8.为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
9.一种镁渣、粉煤灰基充填膏体配制过程中氨释放的测定装置，包括用于进行充填膏体配制的负压混合罐体，负压混合罐体连接有用于投加物料的投加管，负压混合罐体的抽气接口通过管路连接抽气装置，抽气装置用于抽气在负压混合罐体中形成负压，并在抽气时带走配制过程中从液相挥发的氨气，所述抽气装置的排气口连接吸附柱将氨气固定在吸附剂内，通过检测吸附剂的氨氮浓度获取充填膏体配制过程中的氨释放特征。
10.优选地，所述负压混合罐体上部设置可拆卸的盖板，所述投加管和抽气接口均设置在盖板上。
11.优选地，所述投加管顶端为喇叭口结构，所述抽气接口设置有过滤片。
12.优选地，所述盖板上固定有搅拌电机，搅拌电机的输出连接位于罐内的带浆式叶片的搅拌轴，所述管路上设置有调节阀和气体流量计。
13.优选地，所述吸附柱的底部设置气体释放装置，抽气装置的排气口连接气体释放装置，含氨气的气体以气泡形式进入吸附柱并在上升过程中与吸附剂发生传质交换。
14.优选地，所述抽气装置为流量10～20l/min，真空度-90pa的抽气泵，所述气体释放装置为高3cm，直径1.9cm的曝气头。
15.本发明还提供了基于所述镁渣、粉煤灰基充填膏体配制过程中氨释放的测定装置的测定方法，包括如下步骤：
16.首先，通过投加管向负压混合罐体按照充填膏体配比加入固定体积的膏体配制用水；
17.然后，开启抽气装置将负压混合罐体内气体抽送至吸附柱内，并维持抽气装置的开启状态；
18.接着，将按照充填膏体材料配比组成的混合物料通过投加管加入负压混合罐体与水搅拌均匀，其中混合物料包括镁渣或粉煤灰，以及骨料与添加剂；
19.最后，连续检测吸附柱内吸附剂中的氨氮浓度，并换算氨释放的量。
20.优选地，所述抽气装置设定为流量10～20l/min，真空度-90pa。
21.优选地，所述吸附剂为浓度0.1mol/l的稀硫酸。
22.优选地，所述氨释放的量通过如下方法获取：
23.取v2ml吸附剂，加入50ml比色管中，稀释至标线，加1.0ml洒石酸钾钠溶液，混匀，加1.5ml纳氏试剂，混匀，放置10min后，在波长420nm处，用光程20nm比色皿，以水为参比，测量吸光度，由水样测得的吸光度减去空白试验的吸光度后，从校准曲线上查得氨氮含量c1，吸附剂氨氮含量c2＝c1*50/v2；
24.则氨释放的量c＝c2*1.2143*v1，v1为填充的吸附剂体积。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.1、此装置在盖板上设有投加管，且在配制前开启抽气装置，第一时间将释放的氨气完全抽送至吸附柱，避免影响后期的准确测定。
27.2、此装置设有抽气装置，只需测定由抽气装置传送至吸附柱中吸附剂的氨氮浓
度，即可获取充填膏体配制的氨释放特征，使得测定更加方便简单。
28.3、盖板上固定装有可拆卸的搅拌电机，且在抽气接口设有可调节气体流量计，可根据实际情况进行更换和调节。
附图说明
29.图1是本发明结构示意图。
30.图中：负压混合罐体1，盖板2，盖板卡盘3，o型密封件4，投加管5，搅拌电机6，搅拌轴7，浆式叶片8，过滤片9，抽气接口10，调节阀11，气体流量计12，抽气装置13，气体释放装置14，吸附柱15。
具体实施方式
31.下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
32.如图1所示，本发明一种镁渣、粉煤灰基充填膏体配制过程中氨释放的测定装置，包括负压混合罐体1，负压混合罐体1用于进行充填膏体配制，其连接有投加管5，投加管5用于投加物料和水等配制材料。负压混合罐体1的抽气接口10通过管路连接抽气装置13，抽气装置13用于抽气在负压混合罐体1中形成负压，并在抽气时带走配制过程中从液相挥发的氨气，抽气装置13的排气口连接吸附柱15，将含氨气的气体送入吸附柱15，使得氨气固定在吸附剂内，通过检测吸附剂的氨氮浓度，即可获取充填膏体配制过程中的氨释放特征。
33.在本发明的一个实施例中，负压混合罐体1的顶部设置有可拆卸的盖板2，并以盖板卡盘3和o型密封件4保证与负压混合罐体1之间的密封。投加管5和抽气接口10可均设置在盖板2上，即投加管5和抽气接口10可均位于负压混合罐体1的顶部。
34.在本发明的一个实施例中，投加管5顶端为喇叭口结构，便于添加物料并带入空气。
35.在本发明的一个实施例中，盖板2上固定有搅拌电机6，搅拌电机6的输出连接位于罐内的带浆式叶片8的搅拌轴7，管路上设置有调节阀11和气体流量计12。
36.在本发明的一个实施例中，抽气接口10设置有过滤片9，可在抽气过程中过滤掉干扰物的影响。
37.在本发明的一个实施例中，吸附柱15的底部设置气体释放装置14，抽气装置13的排气口连接气体释放装置14，含氨气的气体以气泡形式进入吸附柱15并在上升过程中与吸附剂发生传质交换。
38.在本发明的一个实施例中，抽气装置13可为流量10～20l/min，真空度-90pa的抽气泵，气体释放装置14可为高3cm，直径1.9cm的曝气头。
39.从功能上，本发明的装置可分为充填膏体配制系统ⅰ，气体吸收系统iii以及连接二者的气体输送系统ⅱ。由此，负压混合罐体1、盖板2、盖板卡盘3、o型密封件4、投加管5、搅拌电机6、搅拌轴7和浆式叶片8均为充填膏体配制系统ⅰ的组成部分，过滤片9、抽气接口10、调节阀11、气体流量计12和抽气装置13均为气体输送系统ⅱ的组成部分，而气体释放装置14和吸附柱15则为气体吸收系统iii的组成部分。
40.由于本发明设有投加管5与抽气装置13，避免了未封闭制备罐而加水使膏体发生水化反应而释放氨气的现象，且抽气装置13可以将罐内含有释放氨气的空气由管道送入吸
附柱15，使得测定更加方便简单，并提高了准确性。基于氨气释放规律对井下充填工作做出正确判断，对井下安全开采具有重要的指导意义。
41.基于上述结构，本发明的测定方法包括如下步骤：
42.首先，通过投加管5向负压混合罐体1按照充填膏体配比加入固定体积的膏体配制用水，用水量根据充填膏体质量浓度自行调节。
43.然后，开启抽气装置13将负压混合罐体1内气体抽送至吸附柱15内，并维持抽气装置13的开启状态，抽气装置13设定为流量10～20l/min，真空度-90pa。当利用气体释放装置14时，含有氨气的气体在气体释放装置14的作用下形成均匀分布微气泡，气泡在上升过程中与吸附剂发生传质交换，将氨固定在吸附剂内。
44.接着，将按照充填膏体材料配比组成的混合物料通过投加管5加入负压混合罐体1，其中混合物料包括镁渣或粉煤灰，以及骨料与添加剂等。开启搅拌电机6，将投加的物料与水搅拌均匀，改变了以往先混匀充填物料再加水搅拌的配制模式，目的是在第一时间将释放的氨气完全抽送至吸附柱15，避免影响后期的准确测定。配制过程中，空气由投加管5进入负压混合罐体1并将从液相挥发的氨气携带出罐体。
45.最后，连续检测吸附柱15内吸附剂中的氨氮浓度，并换算氨释放的量，其中吸附剂可为浓度0.1mol/l的稀硫酸。
46.反应一段时间后，可取一定量吸附剂采用纳氏试剂法进行氨氮浓度检测，并通过换算最终得到充填膏体释放氨气质量，进而获取充填膏体配制的氨释放特征。
47.具体地，可取v2ml吸附剂，加入50ml比色管中，稀释至标线，加1.0ml洒石酸钾钠溶液，混匀，加1.5ml纳氏试剂，混匀，放置10min后，在波长420nm处，用光程20nm比色皿，以水为参比，测量吸光度，由水样测得的吸光度减去空白试验的吸光度后，从校准曲线上查得氨氮含量c1，吸附剂氨氮含量c2＝c1*50/v2。
48.其中：c2为吸附剂氨氮含量，也即吸附剂中的铵离子浓度，单位为毫克每升mg/l；50/v2表示稀释倍数，单位为升l。
49.通过如下方式计算大比例镁渣、粉煤灰基充填膏体释放氨气质量：
50.c＝c2*1.2143*v151.式中：c为大比例镁渣、粉煤灰基充填膏体释放氨气质量，单位为毫克mg；1.2143是氮与氨气的转换系数，v1为填充的吸附剂体积，单位为毫升ml。
52.综上，本发明装置占地面积小，可同时制备多个膏体并进行抽气工作，运行成本低，操作简单方便，只需测定吸附剂中的氨氮含量，准确性高，且稳定性强，不存在抽气堵塞问题，其部件可随时根据实际要求进行更换。